针对在成像领域如何通过低成本方式获取高分辨率图像这一问题, 提出一种基于物方扫描后利用多帧低分辨率图像重构的方式获取高分辨率图像的方法。利用获取多帧互有微小位移的序列图像, 对四种配准方法: 最大互信息法、SIFT特征匹配法、SURF特征匹配法及 Keren亚像元级图像法进行分析比较, 最终选用 Keren配准算法对序列图像进行亚像元级图像配准。对配准整像素后相互之间只具有亚像元级位移的多帧低分辨率序列图像进行插值重构, 获取一幅高分辨率图像。仿真实验结果表明, Keren配准算法的配准误差小于 0.1个像素, 通过低分辨图像插值重构获得的图像保存了丰富的细节信息, 有效地提高了图像的分辨率。

为了实现像移测量装置的高速、高精度和小型化,提出一种改进的联合变换相关方法。该方法使用两幅待检测图像强度叠加的方式构造相关输入图像,利用卫星推扫运动所产生的系统像移实现自相关峰和互相关峰在空间上的分离。用于相关运算的图像被缩小到与待检测图像尺寸相当,大幅度降低了测量过程的计算量,从而有利于高速数字联合变换相关器的实现。仿真和实验测试结果表明:所提方法保持了传统联合变换相关像移测量方法的高精度、抗噪声能力强和对图像纹理不敏感的特点,并具有实现高速像移测量的潜力。

辐射定标是光学遥感卫星数据定量化应用的关键技术之一。提出了基于亚像元目标的高分辨率光学遥感卫星在轨辐射定标方法,以反射点源作为参照目标,并以地面同步测量为主,通过简化辐射传输的计算过程获取大气透过率与遥感器入瞳辐亮度;根据多能量等级的亚像元目标设置与系统点扩展函数检测结果,将亚像元目标辐射与程辐射、地气耦合辐射及背景辐射有效分离;突破时空及天气条件限制,在复杂环境条件下实现光学遥感卫星全动态范围的高精度定标。实验结果表明,基于亚像元目标的高分辨率光学遥感卫星在轨辐射定标不确定度优于3.2%,与基于大面积多反射率灰阶靶标的定标结果相差3%;这种轻小型的亚像元目标适应于光学遥感卫星的高频次定标应用需求。

定量相位显微(Quantitative Phase Microscopy, QPM)将相位成像和光学显微技术相结合, 为微观物体的三维形貌、透明物体的厚度/折射率分布提供了一种快速、无损、高分辨率测量手段。然而, 传统QPM成像系统依然是一个衍射受限系统, 高分辨率与大视场难以同时兼顾。因此, 如何在保持大视场的前提下提高成像空间分辨率是QPM亟需解决的问题之一。近年来, 国内外学者采用离轴照明、散斑照明、结构照明、以及亚像元技术形成“合成数值孔径”, 实现了QPM的大视场、高分辨成像。文中对以上QPM的分辨率增强技术进行了综述, 并对不同方法的优缺点进行了分析。

光电成像系统通常为典型的光学-离散采样成像系统,可通过增加成像系统物镜的焦距,增加探测器阵列的规模,减小探测器单元的几何尺寸并提高探测器的占空比等技术途径来提高系统的分辨能力。在现有的探测器和光学系统下,有效的图像数据处理可提高成像系统的分辨率。主要介绍了近年来备受国内外关注的基于离散面阵CCD/CMOS探测器的亚像元成像技术以及超分辨率图像处理技术。

飞行目标在2.7和4.3 μm谱段附近具有较强的红外辐射, 因此这两个波段是探测飞行目标的最佳波段, 但是由于这两个波段并非大气窗口, 不被大多数遥感器包含。 对这两个谱段的典型地物特性开展研究具有重要的价值, 但由于缺乏必要的数据获取能力, 经常面临数据缺乏的问题。 世界范围内频频有各种程度的火山爆发, 火山爆发时温度较高的火山口, 是否对于天基红外探测系统典型目标探测有影响, 其影响程度如何一直缺乏相关的分析和研究。 基于大气辐射传输理论, 利用多元统计分析得到波段转换模型, 使用气象卫星已有波段获得红外吸收谱段数据。 将火点像元视为明火和背景的混合像元, 采用目标与背景分离的方式描述高温目标像元的热辐射。 对高温目标辐射量, 在气溶胶模式固定的情况下, 选取观测天顶角、 大气可降水量、 大气廓线为自变量影响因子。 对于背景辐射亮度关系, 选取观测天顶角、 大气可降水量、 大气廓线、 背景温度为自变量影响因子, 利用多元统计, 建立相关模型。 利用对地面热状态非常敏感的风云三号可见光红外扫描辐射计第3通道数据的统计特征探测火山口, 获取高温目标在特定波段的表观多维特征并定量分析。 火山的多维特征分析, 主要从时间和空间两个维度展开。 时间维度是对同一火山在不同时间的数据进行分析, 空间维度上, 主要统计火山口的辐射亮度和亮度温度的空间分布特征。 一般气象卫星分辨率较低, 单纯利用像元个数表示火山面积, 明显夸大了火山的实际面积, 所以基于亚像元特性对火山进行分析, 将混合像元火点视为明火和背景的组合, 运用线性光谱混合模型, 通过混合像元的辐射率精确计算火山高温点的面积和温度, 提高定量分析精度。 分析结果表明: 通过仿真手段结合多元统计分析方法建立高温目标的波段转换模型是一种可行的预研手段。 在2.7~2.95 μm谱段, 火山口在弱背景环境下可能会对高温目标造成干扰, 而在4.2~4.45 μm谱段, 火山口能量远高于一般地表类型, 是不可忽视的干扰。

稳像系统能够保证对地观测视频小卫星“凝视”观测时获得稳定的视频序列。不稳定视频序列的像移精确检测是稳像系统能够正常工作的前提。本文研究了一种改进的相位相关算法提取亚像元像移的方法用于视频卫星稳像系统中的像移检测。传统的相位相关算法只能得到垂直和水平方向上的整像元像移, 通常视频序列图像之间的变换关系存在一定的旋转角度。本文在传统的相位相关算法中加入旋转矢量, 为方便计算将空间域的旋转映射成了频域的平移, 同时在求得的极值点附件利用曲面拟合得到亚像元的精度, 从而保证稳像系统能获得亚像元的稳像精度。实验时, 当图像尺寸为 200×200、固定像移为 8个像元时, 检测误差均值 Mean＝0.0191 pixel, 均方根 RMS＝0.01067。

详细介绍了一种星敏感器像素频率误差补偿方法并结合实际实验数据对其补偿效果进行验证。首先依据阈值分割的星点提取算法, 分析了像素频率误差产生的几个主要原因。然后改进原有的星点质心定位点扩散函数, 提出了一种基于亚像元坐标的像素频率误差补偿方法。最后通过星敏感器微步距实验, 与正弦曲线法比较。实验结果表明: 在视场中心区域, 使用该方法对采样点补偿后像素频率误差减少了65.2%, 优于正弦曲线法的52.7%; 使用视场中心的误差补偿公式对视场边缘的采样点补偿, 像素频率误差减少58.7%, 优于正弦曲线法的41.9%。由实验结果可得: 较之于正弦曲线法, 该误差修正方法不仅具有更好的误差补偿效果, 而且在视场范围内具有较强的通用性。